КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ РЕШЕТКИ. ПРИНЦИП БОРНА ГАБЕРА Выполнили:Клюкина В. Корчагина В.

Цель доклада: 1. Познакомить студентов с различными типами кристаллических решеток 2. Рассмотреть пример веществ с различными типами кристаллических решеток 3. Изучить принцип Борна Габера ХИМИЯ

Кристаллическое строение Твердые тела делят на кристаллические и аморфные. Кристаллические тела при нагреве остаются твердыми до определенной температуры (температуры плавления), при которой они переходят в жидкое состояние. Аморфные тела при нагреве размягчаются в большом температурном интервале; сначала они становятся вязкими и лишь затем переходят в жидкое состояние. Все металлы и их сплавы - тела кристаллические. Металлами называют химические элементы, характерными признаками которых являются непрозрачность, блеск, хорошая электро- и теплопроводность, пластичность, а для многих металлов также способность свариваться. Не потеряло своего научного значения определение металлов, данное более 200 лет назад великим русским ученым М. В. Ломоносовым: «Металлы суть светлые тела, которые ковать можно». Для металлов характерно то, что, вступая в химические реакции с элементами, являющимися неметаллами, они отдают последним свои внешние, валентные электроны. Это объясняется тем, что у атомов металла внешние электроны непрочно связаны с его ядром. ХИМИЯ

КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ РЕШЕТКИ ТВЕРДОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВА КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ АМОРФНЫЕ Не имеют строгого порядка в расположении атомов Примеры (смола, стекло, канифоль, сахарный леденец) Атомы, молекулы или ионы занимают определённые, упорядоченные положения в пространстве. Примеры (поваренная соль,йод, металлы) ХИМИЯ

КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ РЕШЕТКИ Аморфные вещества не имеют постоянной температуры плавления, по мере повышения температуры размягчаются, при низких температурах они ведут себя подобно кристаллическим телам, а при высокой подобны жидкостям. Аморфные тела при нагреве размягчаются в большом температурном интервале, становятся вязкими, а затем переходят в жидкое состояние. При охлаждении процесс идет в обратном направлении. ХИМИЯ

КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ РЕШЕТКИ Кристаллическое состояние твердого тела более стабильно, чем аморфное. В результате длительной выдержки при температуре, а в некоторых случаях при деформации, нестабильность аморфного состояния проявляется в частичной или полной кристаллизации. Пример: помутнение неорганических стекол при нагреве. Кристаллические тела характеризуются упорядоченной структурой. В зависимости от размеров структурных составляющих и применяемых методов их выявления используют следующие понятия: тонкая структура, микро- и макроструктура. ХИМИЯ

КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ РЕШЕТКИ Кристаллические решётки веществ-это упорядоченное расположение частиц(атомов, молекул, ионов) в строго определённых точках пространства. Точки размещения частиц называют узлами кристаллической решётки. В зависимости от типа частиц, расположенных в узлах кристаллической решётки, и характера связи между ними различают 4 типа кристаллических решёток: ионные, атомные, молекулярные, металлические. ХИМИЯ

КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ РЕШЕТКИ Ионными Ионными называют кристаллические решетки, в узлах которых находятся ионы. Их образуют вещества с ионной связью. Ионные кристаллические решётки имеют соли, некоторые оксиды и гидроксиды металлов. Связи между ионами в кристалле очень прочные и устойчивые.Поэтому вещества с ионной решёткой обладают высокой твёрдостью и прочностью, тугоплавки и нелетучий. ХИМИЯ

КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ РЕШЕТКИ ХИМИЯ

КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ РЕШЕТКИ ХИМИЯ

КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ РЕШЕТКИ ХИМИЯ

КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ РЕШЕТКИ ХИМИЯ

Решетки Бравэ Бравэ объединил 14 решеток в 6 системах. Из теории Бравэ выведена невозможность существования осей 5 порядка. На основе этого Федоров вывел 230 пространственных групп. По характеру взаимного расположения узлов все кристаллические решетки по Бравэ разбиваются на четыре типа: – примитивные (Р); – базоцентрированные (С); – объемно центрированные (J); – гранецентрированные (F). В примитивной Р-ячейке узлы решетки располагаются только по вершинам ячейки, а в сложных ячейках имеются еще узлы; в объемно центрированной J-ячейке – один узел в центре ячейки; в гранецентрированной F- ячейке по одному узлу в центре каждой грани; в базоцентрированной С-ячейке – по одному узлу в центрах пары параллельных граней. Примитивные ячейки Бравэ – это те основные ячейки, по которым характеризованы сингонии (системы) кристалла (рис.16). В триклинной системе единственная пространственная решетка имеет примитивную элементарную ячейку, в которой все три оси имеют разную длину, а все углы не равны между собой. ХИМИЯ

Цикл Борна Габера Энтальпия кристаллической решетки Стандартной молярной энтальпией решетки называется изменение энтальпии, которым сопровождается образование одного моля твердого ионного соединения из входящих в него ионов в их газообразном состоянии при стандартных условиях. газообразном состоянии Энтальпии решетки не поддаются прямому экспериментальному определению. Однако их можно вычислять из экспериментально определяемых энтальпий с помощью закона Гесса. Рассмотрим, например, кристаллическую решетку хлорида натрия. Образование этой решетки из образующих ее элементов, находящихся в их стандартных состояниях, можно представить как процесс, состоящий из пяти стадий. Суммарную реакцию представим как путь А.Энтальпиизакона Гессанатрия где - стандартная молярная энтальпия образования хлорида натрия.энтальпия натрия Путь В. Этот путь разбивается на пять стадий, одной из которых является образование кристаллической решетки из входящих в нее ионов в их газообразном кристаллической решетки состоянии. ХИМИЯ

Этот процесс представляет собой атомизацию, или сублимацию, натрия. натрия Этот процесс представляет собой ионизацию газообразного натрия.ионизацию Соответствующее изменение энтальпии равно первой энергии ионизации энергии ионизации натрия (см. разд. 2.2). Эта стадия представляет собой атомизацию хлора. Энтальпия Энтальпия атомизации хлора равна половине энтальпии диссоциации связи Эта стадия представляет собой ионизацию хлора. Ее энтальпия ионизацию соответствует первой энергии сродства к электрону хлора Эта стадия представляет собой образование ионной решетки из входящих в нее ионов в их газообразном состоянии.газообразном состоянии ХИМИЯ

Величина - это и есть искомая стандартная молярная энтальпия решетки хлорида натрия. Чтобы вычислить ее значение, воспользуемся законом Гесса, сформулированным в виде уравнения (11). Этому уравнению в рассматриваемом случае аналогично следующее равенство:энтальпия натриязаконом Гесса Подставляя в это равенство указанные выше значения, находим Это и есть стандартная молярная энтальпия решетки хлорида натрия.энтальпия натрия ХИМИЯ

Цикл Борна Габера Информацию, которая использовалась в продемонстрированном выше расчете энтальпии решетки, можно представить в графической форме на энтальпийной диаграмме, которая называется циклом Борна-Габера. Цикл Борна-Габера для хлорида натрия состоит из пути А и пяти стадий пути В. Этот цикл можно использовать для вычисления энтальпии решетки хлорида натрия. В него подставляют экспериментальные значения энтальпий, соответствующих пути А и стадиям ВА. Это позволяет вычислить недостающую в цикле энтальпию решетки.энтальпии Интерпретация энтальпий решетки Мы уже указывали выше, что энтальпии диссоциации имеют положительные значения, т.е. соответствуют эндотермическим процессам, поскольку для разрыва связей необходимо затрачивать энергию. В отличие от этого энтальпии решетки имеют отрицательные значения, т.е. соответствуют экзотермическим процессам. Причина заключается в том, что энтальпии решетки соответствуют образованию связей, а при образовании связей происходит выделение энергии энтальпии ХИМИЯ

Энтальпия кристаллической решетки ХИМИЯ

Энтальпии решетки, определенные с помощью цикла Борна-Габера, могут рассматриваться как экспериментальные значения, поскольку они вычисляются на основе экспериментальных данных. Однако энтальпии решетки могут быть также вычислены и с использованием теоретической модели. Такая модель основывается на учете геометрии кристаллической решетки. Она исходит из предположения, что ионы могут рассматриваться как точечные заряды. Потенциальная энергия V, необходимая для переноса двух ионов с зарядами из исходного положения, когда они находятся на бесконечно большом расстоянии друг от друга, в положение, когда они находятся на расстоянии друг от друга, определяется выражением энтальпии кристаллической решетки Потенциальная энергия

Однако для других соединений расхождение между теоретическими и экспериментальными значениями энтальпии решетки оказывается гораздо большим. Например, теоретическое значение энтальпии решетки для хлорида серебра равно -769 к Дж/моль, тогда как экспериментальное значение равно -921 к Дж/моль. Это показывает, что химическая связь в хлориде серебра прочнее, чем в хлориде натрия. Большая прочность связи в хлориде серебра объясняется ее частично ковалентным характером. Согласие между теоретическими и экспериментальными значениями энтальпии решетки, как правило, тем лучше, чем больше разность электроотрицательностей у элементов, образующих кристалл. Таким образом, сопоставление теоретических и экспериментальных значений энтальпий решетки позволяет делать некоторые выводы о степени ионного характера в рассматриваемом соединении.химическая связьнатрияэнтальпииэнтальпий ХИМИЯ